近日，中國科學(xué)院廣州生物醫藥與健康研究院劉興國課題組在Nature Communications發(fā)表了文章NAD+ dependent UPRmt activation underlies intestinal aging caused by mitochondrial DNA mutations9。該研究發(fā)現，老齡動(dòng)物的腸中線(xiàn)粒體DNA低頻點(diǎn)突變（0.005-0.05）的特異積累。利用動(dòng)物模型和類(lèi)器官技術(shù)論證線(xiàn)粒體DNA突變累積會(huì )導致腸道衰老過(guò)程中NADH/NAD+氧化還原態(tài)的消耗，并通過(guò)激活轉錄因子5（Activating transcription factor 5, ATF5)依賴(lài)的線(xiàn)粒體未折疊蛋白反應(mitochondrial unfolded protein response, UPRmt)激活，損傷Wnt/ -catenin信號和耗竭腸干細胞以引發(fā)腸衰老，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了通過(guò)補充N(xiāo)AD+前體NMN（煙酰胺單核苷酸）的逆轉衰老方案。

　　“廉頗老矣，尚能飯否”和“一飯三遺矢”這兩個(gè)成語(yǔ)都出自《史記 廉頗藺相如列傳》，分別指的是衡量人的衰老看他的飯量，及短時(shí)間內跑了三趟廁所說(shuō)明年老。自古以來(lái)，腸道的器官穩態(tài)失衡被認為與個(gè)體衰老密切相關(guān)。腸上皮是成年哺乳動(dòng)物中自我更新速度最快的組織，約4-5天更新一次。成年人的腸上皮由形成絨毛的分化細胞和隱窩中的干細胞組成。腸干細胞可以分化為不同的上皮細胞，從而形成有序的腸道結構，以維持腸道穩態(tài)和吸收、分泌、屏障和抗微生物功能等基本功能。然而，腸衰老的標志物及應答信號通路還不清楚。目前認為，線(xiàn)粒體功能障礙是細胞衰老的重要原因。研究表明，老年人類(lèi)臨床腸道樣本存在線(xiàn)粒體DNA突變的積累。然而，隨著(zhù)年齡的增長(cháng)，線(xiàn)粒體DNA突變累積是否以及如何調控腸衰老？這依然是未知之謎。

　　該團隊揭示了自然衰老動(dòng)物的腸線(xiàn)粒體DNA突變隨年齡變化的規律，并鑒定了類(lèi)型為線(xiàn)粒體DNA低頻點(diǎn)突變（0.005-0.05）。為了回答線(xiàn)粒體DNA突變對腸衰老的因果作用，研究團隊使用了線(xiàn)粒體DNA突變（線(xiàn)粒體DNA聚合酶 ——POLG突變）小鼠，這一廣泛應用研究線(xiàn)粒體DNA突變引發(fā)衰老的實(shí)驗模型。團隊使用POLG突變小鼠和野生型鼠產(chǎn)生了四類(lèi)不同線(xiàn)粒體DNA突變率的小鼠，其中POLG突變純合子小鼠的線(xiàn)粒體DNA突變率最高，并且和自然衰老小鼠一樣，主要積累低頻點(diǎn)突變（0.005-0.05）。結合腸類(lèi)器官技術(shù)和腸干細胞內源標記技術(shù)，結果發(fā)現，相同月齡下僅POLG突變純合子小鼠更早出現了腸衰老的表型，展示出腸類(lèi)器官分化程度低和腸干細胞數量銳減的現象，說(shuō)明高負擔的線(xiàn)粒體DNA突變能促進(jìn)腸衰老的發(fā)生。這為腸衰老提供了線(xiàn)粒體DNA低頻點(diǎn)突變（0.005-0.05）這一新的生物標記。

　　團隊通過(guò)多組學(xué)分析和實(shí)驗抽絲剝繭，定位到線(xiàn)粒體相關(guān)的通路，及NADH/NAD+氧化還原態(tài)的消耗，從而導致腸功能中發(fā)揮重要作用的Wnt/ -catenin信號衰減。進(jìn)一步，通過(guò)NAD+前體NMN回補挽救了腸衰老表型，包括腸類(lèi)器官分化和腸干細胞數量在一定程度上的恢復。研究人員發(fā)現高負擔的線(xiàn)粒體DNA突變導致NAD+缺失，激活了轉錄因子ATF5依賴(lài)的UPRmt這一全新通路，進(jìn)而促進(jìn)和加劇了腸衰老表型的發(fā)生。值得一提的是，UPRmt被各種線(xiàn)粒體應激激活，包括線(xiàn)粒體與細胞核的蛋白失衡和線(xiàn)粒體蛋白運輸障礙等。UPRmt的標志是 LONP1、HSP60 和 ClpP 蛋白表達增加。而線(xiàn)粒體DNA 突變引發(fā)的衰老UPRmt 激活中，僅有 LONP1 蛋白特異上調，為腸衰老提供了候選標志物。

　　綜上，該研究成果首次回答了衰老累積的線(xiàn)粒體DNA突變與哺乳動(dòng)物腸衰老之間因果關(guān)系的基本問(wèn)題，鑒定了其中線(xiàn)粒體DNA低頻點(diǎn)突變（0.005-0.05）與LONP1 蛋白特異上調兩個(gè)標志物，發(fā)現了從線(xiàn)粒體DNA突變，到線(xiàn)粒體反向信號、干細胞耗竭、細胞間信號，再到器官衰老的多層次時(shí)空機制，為延緩腸衰老提供了全新的思路、靶點(diǎn)和策略。

　　“紅影瘦盡晚春光，華發(fā)鬢生卻斜陽(yáng)”，當辛棄疾感嘆風(fēng)流總被雨打風(fēng)吹去的青春易逝時(shí)，留下了千古之問(wèn)：“憑誰(shuí)問(wèn)，廉頗老矣，尚能飯否？”。此情垂淚，一線(xiàn)一粒，更那堪斷人腸。這恰似本文線(xiàn)粒體引發(fā)腸衰老之“線(xiàn)粒體斷腸”。

　　本研究與廣州醫科大學(xué)、中國科學(xué)院香港創(chuàng )新研究院、香港中文大學(xué)和新西蘭奧克蘭大學(xué)等多個(gè)研究組合作完成。本研究獲國家重點(diǎn)研發(fā)項目、中國科學(xué)院、國家自然科學(xué)基金、廣東省和廣州市的經(jīng)費支持。

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線(xiàn)粒體DNA突變引發(fā)腸衰老機制與逆轉方案